玉米的“高蛋白秘籍”，上海科学家找到了！两位“老祖宗”基因联手，营养翻倍
中国科学院分子植物科学卓越创新中心团队从野生玉米中找回第二个高蛋白基因THP3-T，与首个基因THP9-T联合，将普通玉米籽粒蛋白从8.5%提升至12—13%，且不降产量。已改良80多个主栽品种亲本，蛋白含量超14%。全国饲用玉米蛋白提高4个百分点，可减少约3000万吨进口大豆。
有没有一项工作，既是“劳动密集型”，又是“技术密集型”？还真有。上海科研团队的最新成果，就同时集结了“面朝黄土背朝天”的田间辛劳，和“实验室精密操作”的科研硬功。
玉米是我国极为重要的粮食作物，更是猪、鸡、牛等畜禽的“当家口粮”。但很多人不一定清楚：我们日常种植的玉米，蛋白含量只有8%左右。动物光吃这些还不够，得额外添加大量从国外进口的豆粕来“补蛋白”。2025年，我国进口大豆超过1亿吨，其中很大一部分都进了饲料槽。
这个问题怎么解？科学家将目光投向了玉米的“老祖宗”——野生玉米。
野生玉米的蛋白含量高达30%，然而在长达9000多年的驯化过程中，人们只顾着让玉米多结籽、长得壮，那些控制高蛋白的“好基因”，却在不知不觉中一点点丢失了。好消息是，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的巫永睿、王海海团队，联合上海师范大学和四川农业大学的科研人员，成功从野生玉米里“找”回了第二个高蛋白基因。加上2024年找到的第一个，两个基因联手，就能让普通玉米的蛋白含量大幅提升，而且产量一点都不降。
科研人员在松江作物栽培基地内的玉米田交流 摄影：陶磊
这项研究成果，于北京时间3日23时，在线发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。
“运输队长”联合“加工厂厂长”
玉米的蛋白质，主要来源于土壤中的氮元素。氮元素被根系吸收后，要经过一套复杂的“生产线”：先转化为一种叫“谷氨酸”的基础氨基酸，再进一步合成其他各种氨基酸，最后组装成蛋白质。
这套生产线里，有两个关键的“岗位”。
2024年，巫永睿团队挖掘到的首个高蛋白基因THP9-T，好比一个“运输队长”，负责把氮元素高效搬运到叶片和籽粒里。而这次新发现的THP3-T基因，则像是一位“加工厂厂长”——它编码一种关键酶，能极大加快氨基酸的生产速度。
THP3-T和THP9-T培育高蛋白玉米，将杂交种郑单958的籽粒蛋白含量从8.5%提升到12—13%，全株蛋白含量从7%提升到9%，且不影响产量
两个基因单独使用时，都能让玉米蛋白含量提升一截；合在一起，效果远超“1+1”。在一种常用的玉米自交系中，原本蛋白含量只有10%，两个基因一聚合，直接升到了15%以上。我国推广面积最大的玉米杂交种“郑单958”，原本籽粒蛋白含量只有8.5%，导入这两个基因后，涨至12%—13%。
好“传统”怎么就丢了？
研究团队在分析大量玉米品种的基因时，发现了一个有意思的事实：THP3-T在现代玉米里极为稀有——出现频率只有2.1%，也就是说，100颗玉米里只有两三颗还保留着它。
怎么会这样？巫永睿解释，在长达几千年的玉米驯化和育种过程中，人们主要盯着产量：穗子要大、籽粒要多、植株要抗倒伏……谁也没想到要去专门“保留”高蛋白的基因。久而久之，那些不增产、甚至可能稍微影响产量的高蛋白基因，就在不知不觉中被“淘汰”了。
科研人员把烘干的玉米粒磨成粉末，用于测量玉米的蛋白百分含量 摄影：陶磊
好在野生玉米里还完整地保存着这些“好传统”。研究团队花了多年工夫，从野生玉米里把这个珍稀的基因重新“请”回来，再借助现代的分子标记辅助育种技术，将其导入到现有优良玉米品种中，且不影响原有的高产特性。
据新民晚报了解，目前团队已改良了80多个国内主栽玉米品种的亲本材料，改良后的亲本蛋白含量能稳定超过14%。也就是说，育种专家以后可以直接用这些“高蛋白父母本”去配种子，种出来的玉米天生就是高蛋白的。
科研人员在进行玉米高蛋白基因的遗传鉴定 摄影：陶磊
少进口千万吨大豆，农民还能多挣钱
先算一笔“大账”：我国每年生产约3亿吨玉米，如果全国饲用玉米的蛋白含量普遍提高4个百分点，那么增加的蛋白质总量，相当于3000多万吨进口大豆——差不多是去年我国大豆进口总量的三成。
再算一笔“小账”：用这种高蛋白玉米配饲料，可以少加50%甚至100%的进口豆粕。豆粕现在不便宜，少加一半，一头猪从断奶到出栏能省下好几十块钱饲料费。养鸡场、养牛场同样受益。而且科学家已经验证过，这种高蛋白玉米的氨基酸全面增加，动物吃了消化吸收一点不差，肉、蛋、奶的品质反而更好。
“我们计划五年内克隆野生玉米所有高蛋白主效基因，并改良‘郑单958’。”巫永睿说，团队要让这项成果真正从论文里走出来，走进农田。这种“产学研用”一体化的研究范式，为实现培育全株高蛋白玉米、进行豆粕减量替代的“全产业链”构建，奠定了坚实基础。
科研人员在给玉米授粉 摄影：陶磊
值得一提的是，此次研究同样展现了分子植物卓越中心的协作“基因”——张余研究员团队为野生玉米酶活性的鉴定作出了重要贡献。
栏目编辑：马丹
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